半导体旋转Qubits具有射频（RF）反射率的表征提供了速度超过低频电导测量的优点。本文讨论了JosipKukučka的测量和他在奥地利伊斯岛纳米电子集团工作的同事。
此外，本文介绍了如何使用rf反射测量Uhfli锁定放大器来测量半导体纳米结构的库仑封锁金刚石。由于UHFLI的频率范围和测量带宽很大，这项技术是使用全数字方法来实现的，支持多频操作。这使得使用快速读出技术成为可能，可以利用耦合到多个栅电极。
库仑封锁
早在1998年，Loss和divenczo就提出利用束缚电子的自旋来实现自旋量子位[1]．这种旋转QUBITS可以在量子点（QDS）中托管 - 除了半导体纳米结构之外。这些通常可以在Millikelvin温度下研究。
将量子点与源极和漏极耦合，使得苏黎世仪器能够利用库仑封锁现象，通过低温电传输测量来解决量子点的电子特性，如图1所示。在低温下，通过QD的电流通常会被阻断，这是因为QD的电化学电位(如图1中的虚线所示)不会停留在能量窗口内(由源漏电压V定义)SD=(μD.- μ.S.) / e。
图1。QD的电荷稳定性测量（金刚石图）的示意图。上部说明电化学电位的对准，而下部表示相应的DC电流测量。在钻石（红色）内，电子传输被阻塞，并且QD内的电子数保持恒定。图片来源:苏黎世仪器公司
通过限制QD能级在μ之间的电化学电位，可以激活电子的输运S.和μD.．这可以通过改变栅极电压V来实现这一点G或者通过制作源漏偏置窗V.SD大。因此,全面V.G与V.SD允许映射QD稳定性图。如图1所示，这导致一系列菱形区域，即库仑钻石，QD上的电子数保持恒定。有关Spin Qubits的更多信息，请参见[2]。
测量技术
直流测量是获得这种钻石图的标准测量方法。该方法容易出现低频1 / f噪声，并且由于在样本中的电子中获得的低有效温度所需的强弱低通滤波，带宽是小的。
另一方面，近年来出现的另一种测量技术是所谓的射频反射测量技术。射频反射法的原理是间接地感知量子点的阻抗变化。这是通过密切监测从QD反射的射频波的振幅和/或相位来实现的。这种方法通常是借助高频锁定技术实现的，由于是高频操作，因此不容易产生1/f和其他类型的低频噪声。因此，这使得更高的带宽，从而导致更高的测量速度。
RF反射仪技术依赖于电磁波传播的原理。这一原则指出，如果波浪在具有特征阻抗Z的媒体中行进0(例如同轴电缆)，它遇到阻抗从Z的变化0到Z(例如在同轴电缆的末端)，根据表达式，一部分波将被反射回来一个R.＝一个在xΓ,
γ=（z-z0）/（Z + Z0）代表反射系数，一个R.是反射波的振幅，和一个在代表输入波的幅度。
在由连接到QD的罐电路组成的谐振电路上使用该原理（图2）通过测量反射波的幅度产生关于QD的信息。重要的是选择谐振电路的元素，电感l和电容C这样，在共振频率f处0=1/(2¶LC)的电路，就有可能达到匹配条件。
图2。欧姆反射法的基本原理。谐振电路由连接到量子点引线之一的LC槽电路(匹配电路)组成。QD表示为电阻R的并联组合QD和电容CQD．图片来源:苏黎世仪器公司
匹配条件导致一个典型的大量子点电阻(〜100kΩ.)的谐振电路阻抗为Z≈Z0 = 50欧姆。从而使波反射系数Γ最小。在这种情况下，灵敏度最大[3]，量子点阻抗的微小变化导致反射波振幅的可观测变化。
测量设置和结果
该样品在法国格勒诺布尔的LETI工厂制造，包括一个锗硅/ Si p-FET晶体管[4]。在低温下，它可以像QD一样起作用，并安装在印刷电路板（PCB）样品支架上（图3）。然后将该样品保持器安装到稀释冰箱的混合室板上，该稀释冰箱的基础温度为〜30 mk。同时，LC罐电路直接焊接在PCB上。在该设置中，DC和RF信号都被路由到PCB键合焊盘，并且楔形线键合技术用于将其连接到QD样品。
图3。PCB样品支架俯视图(左)和俯视图(右)。图片来源:苏黎世仪器公司
单个PCB带有四个具有不同电感器的罐电路，这使得这使得能够以四种不同的谐振频率进行测量。为了确定谐振频率，所需的是测量谐振电路的反射系数作为频率的函数。
如图4所示，电测量设置包括定向耦合器，其能够与UHFLI实现反射系数测量。为了简化表示，未示出设置的DC部分。
图4。测量设置的射频部分的原理图表示。激励信号从UHFLI的信号输出发送到低温恒温器，不同的温度阶段用水平线表示。衰减器(包括0 dB)用于热化。通过定向耦合器将信号发送到安装在混合室(MC)板上的样品。反射信号通过定向耦合器，用低噪声低温放大器放大。放大的信号被输入到UHFLI的信号输入，在那里它被解调和低通滤波。然后将测量信号发送到PC。图片来源:苏黎世仪器公司
利用其中一个UHFLI振荡器，产生的正弦信号被向下将稀释冰箱发送到定向耦合器耦合（CPL）端口。然后使用Labone Sweeper扫除这一点。为了抑制噪声，通过UHFLI的输入读出反射信号，解调为DC，从而过滤。图5显示了使用不同电感器的四个LC罐电路对应的四个谐振的测量。
图5。反射系数作为频率的函数用LabOne扫频器测量。图片来源:苏黎世仪器公司
为了记录图6所示QD的菱形图，将激励正弦信号频率设置为QD所连接的槽电路的谐振频率。图2描述了这种结构的等效电路原理图。
为了避免加热电子，达到QD的激励信号的幅度需要非常小。在UHFLI的输出处添加了30dB衰减器，以实现这一点，以及输出上的更好的信噪比。此外，为了实现合理良好的信噪比，选择了1kHz的UHFLI低通滤波器带宽。在测量F期间扫描栅极和源极 - 漏极偏置电压的反射幅度。
这两种直流电压都是使用代尔夫特TU公司定制的DAC模块产生的。记录图6中的菱形图的UHFLI参数显示在图7的图形锁定选项卡显示中。
图6。用uhfli记录的QD的钻石图，由Lada Vuku测量Šić.．对于每个值V门栅极电压，源极漏极偏压V偏见步长为20 μV，从-5 mV跃升至5 mV。栅极电压的步长为150 μV。设置每个直流点，等待三个低通滤波器时间常数后，采集解调器4的解调反射信号的1000个数据样本到PC上并取平均值。每次量子点中的电化学电位都与μ对齐年代或μ.D(图1)，通过QD的电流变化，其结果也是其阻抗的变化。这个阻抗变化可以观察到反射系数的变化(图中白线和蓝线)。图片来源:苏黎世仪器公司
图7。LabOne用户界面到UHFLI锁相放大器的设置用于QD菱形图反射测量如图6所示。图片来源:苏黎世仪器公司
转向多路门反射法
上面的重点是欧姆反射技术，其中一个量子点的金属引线连接到LC槽电路。另一个有前途的选择是门反射计的使用，当移动到更复杂的器件有许多门(例如双量子点)。
在栅极反射法中，LC槽电路与栅极电极相连，而不是与源极或漏极接点相连。为了理解在复杂的QD器件中发生了什么，使用频率复用原理能够在同一时间读出所有的门是有益的。这样的场景需要同时产生和解调多个载波信号，这一特性可以使用UHF-MF多频选项实现。
将芯片罐电路连接到栅极电极允许在硅双量子点中的旋转状态进行单次分散读数[5,6,7]和CMOS器件中的孔旋转量测量[8]。此外，约瑟夫森参数放大促进了富达，估计在1US积分时间内为99.7％[9]。因此，栅极反射率自旋状态读出与在近端电荷传感器上执行的欧姆反射率相当，[10]。
参考
- D.损失，D.P.DivinIncenzo，物理评论一个57.，120（1998）．
- R. Hanson等人，现代物理学评论79.1217 (2007)．
- 阿瑞斯等人，应用物理评论5034011 (2016)．
- S. Barraud等人，电子设备上的IEEE交易61.953 (2014)．
- A. West等人，自然纳米技术14,437(2019)。
- P.Pakkiam等人。，phy。Rev. x 8,041032（2018）。
- M.Urdampilleta等，自然纳米技术14,737（2019）。
- A. Crippa等人，Nature Comm. 10 2776(2019)。
- S.Schaal等，Phys。Rev. Lett. 124 067701(2020)。
- D. Keith等人。，phy。Rev. x 9,041003（2019）。
致谢
- 制作材料最初由布鲁诺Küng亚博网站下载从苏黎世仪器。
这些信息已经从苏黎世仪器提供的材料中获取、审查和改编。亚博网站下载
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